Індукційне нагрівання струмами високої частоти. Як працює індукційне нагрівання. Пекти для плавки металу на зварювальному інверторі

Індукційне нагрівання March 14th, 2015

В індукційних печах і пристроях тепло в електропровідному тілі, що нагрівається, виділяється струмами, індуктованими в ньому змінним електромагнітним полем. Таким чином, тут здійснюється пряме нагрівання.
Індукційне нагрівання металів засноване на двох фізичних законах: законі електромагнітної індукціїФарадея-Максвелла та закон Джоуля-Ленца. Металеві тіла (заготівлі, деталі та ін.) поміщають у змінне магнітне поле, яке збуджує в них вихрове електричне поле. ЕРС індукції визначається швидкістю зміни магнітного потоку. Під дією ЕРС індукції в тілах протікають вихрові (замкнуті всередині тіл) струми, що виділяють теплоту за законом Джоуля-Ленца. Ця ЕРС створює в металі змінний струм, теплова енергія, що виділяється цими струмами, є причиною нагрівання металу. Індукційне нагрівання є прямим та безконтактним. Він дозволяє досягати температури, достатньої для плавлення тугоплавких металів і сплавів.

Під катом відео з девайсом від 12 вотльт

Індукційне нагрівання та загартування металів Інтенсивне індукційне нагрівання можливе лише в електромагнітних полях високої напруженості та частоти, які створюють спеціальними пристроями- індукторами. Індуктори живлять від мережі 50 Гц (установки промислової частоти) або від індивідуальних джерел живлення - генераторів та перетворювачів середньої та високої частоти.
Найпростіший індуктор пристроїв непрямого індукційного нагрівання низької частоти - ізольований провідник (витягнутий або згорнутий у спіраль), поміщений усередину металевої труби або накладений її поверхню. При протіканні по провіднику-індуктору струму в трубі наводяться вихрові струми, що гріють її. Теплота від труби (це може бути також тигель, ємність) передається нагрівається середовищі (воді, що протікає по трубі, повітрі і т. д.).

Найбільш широко застосовується пряме індукційне нагрівання металів на середніх і високих частотах. І тому використовують індуктори спеціального виконання. Індуктор випускає електромагнітну хвилю, яка падає на тіло, що нагрівається і загасає в ньому. Енергія поглиненої хвилі перетворюється на тілі в теплоту. Для нагрівання плоских тіл застосовують плоскі індуктори, циліндричних заготовок - циліндричні індуктори. У загальному випадкувони можуть мати складну форму, обумовлену необхідністю концентрації електромагнітної енергії у потрібному напрямку.

Особливістю індукційного введення енергії є можливість регулювання просторового розташування зони протікання вихрових струмів. По-перше, вихрові струми протікають у межах площі, що охоплюється індуктором. Нагрівається лише та частина тіла, що у магнітної зв'язку з індуктором незалежно від загальних розмірів тіла. По-друге, глибина зони циркуляції вихрових струмів і, отже, зони виділення енергії залежить, крім інших факторів, від частоти струму індуктора (збільшується при низьких частотахі зменшується із підвищенням частоти). Ефективність передачі енергії від індуктора до струму, що нагрівається, залежить від величини зазору між ними і підвищується при його зменшенні.

Індукційне нагрівання застосовують для поверхневого загартування сталевих виробів, наскрізного нагріву під пластичну деформацію (кування, штампування, пресування і т. д.), плавлення металів, термічної обробки (відпал, відпустка, нормалізація, загартування), зварювання, наплавлення, паяння металів.

Непрямий індукційний нагрівання застосовують для обігріву технологічного обладнання (трубопроводи, ємності тощо), нагрівання рідких середовищ, сушіння покриттів, матеріалів (наприклад, деревини). Найважливіший параметрустановок індукційного нагрівання – частота. Для кожного процесу (поверхневе загартування, наскрізне нагрівання) існує оптимальний діапазон частот, що забезпечує найкращі технологічні та економічні показники. Для індукційного нагрівання використовують частоти від 50Гц до 5МГц.

Переваги індукційного нагріву

1) Передача електричної енергії безпосередньо в тіло, що нагрівається, дозволяє здійснити прямий нагрівання провідникових матеріалів. При цьому підвищується швидкість нагрівання порівняно з установками непрямої дії, в яких виріб нагрівається лише з поверхні.

2) Передача електричної енергії безпосередньо в тіло, що нагрівається, не вимагає контактних пристроїв. Це зручно в умовах автоматизованого потокового виробництва, при використанні вакуумних та захисних засобів.

3) Завдяки явищу поверхневого ефекту максимальна потужність виділяється в поверхневому шарі виробу, що нагрівається. Тому індукційне нагрівання при загартуванні забезпечує швидке нагрівання поверхневого шару виробу. Це дозволяє отримати високу твердість поверхні деталі при відносно в'язкій середині. Процес поверхневого індукційного загартування швидше та економічніший за інші методи поверхневого зміцнення виробу.

4) Індукційне нагрівання в більшості випадків дозволяє підвищити продуктивність та покращити умови праці.

Ось ще один незвичайний ефект: А я вам ще нагадаю про , а також . Ми ще обговорювали та Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблено цю копію -

Індукційне нагрівання (Induction Heating) - метод безконтактного нагрівання струмами високої частоти (RFH - radio-frequency heating, нагрівання хвилями радіочастотного діапазону) електропровідних матеріалів.

Опис методу.

Індукційне нагрівання - це нагрівання матеріалів електричними струмами, які індукуються змінним магнітним полем. Отже - це нагрівання виробів із провідних матеріалів (провідників) магнітним полем індукторів (джерел змінного) магнітного поля). Індукційне нагрівання проводиться наступним чином. Електропровідна (металева, графітова) заготівля поміщається в так званий індуктор, що являє собою один або кілька витків дроту (найчастіше мідного). В індукторі за допомогою спеціального генератора наводяться потужні струми різної частоти (від десятка Гц до кількох МГц), у результаті навколо індуктора виникає електромагнітне поле. Електромагнітне поле наводить у заготівлі вихрові струми. Вихрові струми розігрівають заготівлю під впливом джоулева тепла (див. закон Джоуля-Ленца).

Система «індуктор-заготівля» є безсердечниковим трансформатором, в якому індуктор є первинною обмоткою. Заготівля є вторинною обмоткою, замкненою коротко. Магнітний потік між обмотками замикається повітрям.

На високій частоті вихрові струми витісняються утвореним ними магнітним полем в тонкі поверхневі шари заготовки Δ (Поверхневий-ефект), внаслідок чого їх щільність різко зростає, і заготовка розігрівається. Нижчерозташовані шари металу прогріваються за рахунок теплопровідності. Важливим є не струм, а велика щільність струму. У скін-шарі Δ щільність струму зменшується в e раз щодо щільності струму на поверхні заготівлі, при цьому в скін-шарі виділяється 86,4 % тепла (від загального тепловиділення. Глибина скін-шару залежить від частоти випромінювання: чим вища частота, тим тонше Скін-шар Також вона залежить від відносної магнітної проникності μ матеріалу заготівлі.

Для заліза, кобальту, нікелю та магнітних сплавів при температурі нижче точки Кюрі має величину від декількох сотень до десятків тисяч. Для інших матеріалів (розплави, кольорові метали, рідкі легкоплавкі евтектики, графіт, електроліти, електропровідна кераміка і т. д.) приблизно дорівнює одиниці.

Наприклад, при частоті 2 МГц глибина скін-шару для міді близько 0,25 мм для заліза ≈ 0,001 мм.

Індуктор сильно нагрівається під час роботи, оскільки сам поглинає власне випромінювання. До того ж, він поглинає теплове випромінювання від розпеченої заготовки. Роблять індуктори з мідних трубок, що охолоджуються водою. Вода подається відсмоктуванням – цим забезпечується безпека у разі пропалу чи іншої розгерметизації індуктора.

Застосування:
Надчиста безконтактна плавка, паяння та зварювання металу.
Отримання дослідних зразків сплавів.
Гнучка та термообробка деталей машин.
Ювелірна справа.
Обробляє дрібні деталі, які можуть пошкодитися при газополум'яному або дуговому нагріванні.
Поверхневе загартування.
Загартування та термообробка деталей складної форми.
Знезараження медичного інструменту.

Переваги.

Високошвидкісне розігрів або плавлення будь-якого електропровідного матеріалу.

Можливе нагрівання в атмосфері захисного газу, в окисному (або відновлювальному) середовищі, в непровідній рідині, у вакуумі.

Нагрівання через стінки захисної камери, виготовленої зі скла, цементу, пластмаси, дерева - ці матеріали дуже слабо поглинають електромагнітне випромінювання і залишаються холодними при роботі установки. Нагрівається тільки електропровідний матеріал - метал (у тому числі розплавлений), вуглець, кераміка, що проводить, електроліти, рідкі метали тощо.

За рахунок зусиль, що виникають МГД відбувається інтенсивне перемішування рідкого металу, аж до утримання його в підвішеному стані в повітрі або захисному газі - так отримують надчисті сплави в невеликих кількостях (левітаційна плавка, плавка в електромагнітному тиглі).

Оскільки розігрів ведеться за допомогою електромагнітного випромінювання, відсутнє забруднення заготівлі продуктами горіння факела у разі газополум'яного нагріву, або матеріалом електрода у разі дугового нагріву. Поміщення зразків в атмосферу інертного газу та висока швидкість нагрівання дозволять ліквідувати окалиноутворення.

Зручність експлуатації рахунок невеликого розміру індуктора.

Індуктор можна виготовити особливої ​​форми - це дозволить рівномірно прогрівати по всій поверхні деталі складної конфігурації, не призводячи до їх жолоблення або локального непрогріву.

Легко провести місцеве та виборче нагрівання.

Так як найбільш інтенсивно розігрів йде в тонких верхніх шарахзаготівлі, а нижчі шари прогріваються м'якше за рахунок теплопровідності, метод є ідеальним для проведення поверхневого загартування деталей (серцевина при цьому залишається в'язкою).

Легка автоматизація обладнання - циклів нагрівання та охолодження, регулювання та утримування температури, подача та знімання заготовок.

Установки індукційного нагріву:

На установках із робочою частотою до 300 кГц використовують інвертори на IGBT-складаннях або MOSFET-транзисторах. Такі установки призначені для розігріву великих деталей. Для розігріву дрібних деталей використовуються високі частоти (до 5 МГц, діапазон середніх та коротких хвиль), установки високої частоти будуються на електронних лампах.

Також для розігріву дрібних деталей будуються установки підвищеної частоти на MOSFET транзисторах на робочі частоти до 1,7 МГц. Управління транзисторами та їх захист на підвищених частотах становить певні труднощі, тому установки підвищеної частоти поки що досить дорогі.

Індуктор для нагрівання дрібних деталей має невеликі розміри і невелику індуктивність, що призводить до зменшення добротності робочого коливального контуру на низьких частотах і зниження ККД, а також становить небезпеку для генератора, що задає (добротність коливального контуру пропорційна L/C, коливальний контур з низькою «накачується» енергією, утворює коротке замикання по індуктору і виводить з ладу генератор, що задає). Для підвищення добротності коливального контуру використовують два шляхи:
- підвищення робочої частоти, що призводить до ускладнення та подорожчання установки;
- Застосування феромагнітних вставок в індукторі; обклеювання індуктора панельками із феромагнітного матеріалу.

Так як найбільш ефективно індуктор працює на високих частотах, промислове застосування індукційне нагрівання отримав після розробки та початку виробництва потужних генераторних ламп. До першої світової війни індукційне нагрівання мало обмежене застосування. Як генератори тоді використовували машинні генератори підвищеної частоти (роботи В. П. Вологдіна) або іскрові розрядні установки.

Схема генератора може бути в принципі будь-який (мультивібратор, RC-генератор, генератор з незалежним збудженням, різні релаксаційні генератори), що працює на навантаження у вигляді котушки-індуктора і має достатню потужність. Необхідно також, щоб частота коливань була досить високою.

Наприклад, щоб «перерізати» за кілька секунд сталевий дріт діаметром 4 мм, необхідна коливальна потужність щонайменше 2 кВт при частоті щонайменше 300 кГц.

Вибирають схему за наступним критеріям: надійність; стабільність коливань; стабільність потужності, що виділяється в заготівлі; простота виготовлення; зручність налаштування; мінімальна кількість деталей зменшення вартості; застосування деталей, що в сумі дають зменшення маси та габаритів, та ін.

Протягом багатьох десятиліть як генератор високочастотних коливань застосовувалася індуктивна триточка (генератор Хартлі, генератор з автотрансформаторною зворотним зв'язком, Схема на індуктивному дільнику контурної напруги). Це схема, що самозбуджується, паралельного живлення анода і частотно-виборчим ланцюгом, виконаним на коливальному контурі. Вона успішно використовувалася і продовжує використовуватись у лабораторіях, ювелірних майстернях, на промислових підприємствах, а також у аматорській практиці. Наприклад, під час Другої світової війни на таких установках проводили поверхневе загартування ковзанок танка Т-34.

Недоліки трьох крапок:

Низький ККД (менше 40% при застосуванні лампи).

Сильне відхилення частоти в момент нагрівання заготовок з магнітних матеріалів вище точки Кюрі (≈700С) (змінюється μ), що змінює глибину скін-шару і непередбачено змінює режим термообробки. При термообробці відповідальних деталей може бути неприпустимо. Також потужні твч-установки повинні працювати у вузькому діапазоні дозволених Росзв'язохоронкультурою частот, оскільки при поганому екрануванні є фактично радіопередавачами і можуть перешкоди телерадіомовленню, береговим і рятувальним службам.

При зміні заготовок (наприклад, дрібнішої на більшу) змінюється індуктивність системи індуктор-заготівля, що також призводить до зміни частоти та глибини скін-шару.

При зміні одновиткових індукторів на багатовиткові, більші або малогабаритні частота також змінюється.

Під керівництвом Бабата, Лозінського та інших вчених були розроблені дво- та триконтурні схеми генераторів, що мають більше високий ккд(до 70%), а також краще утримують робочу частоту. Принцип їхньої дії полягає в наступному. За рахунок застосування пов'язаних контурів та послаблення зв'язку між ними, зміна індуктивності робочого контуру не тягне за собою сильної зміни частоти частотозадаючого контуру. За таким же принципом конструюються радіопередавачі.

Сучасні твч-генератори - це інвертори на IGBT-складання або потужних MOSFET-транзисторах, зазвичай виконані за схемою міст або напівміст. Працюють на частотах до 500 кГц. Затвори транзисторів відкриваються за допомогою мікроконтролерної системи керування. Система керування залежно від поставленого завдання дозволяє автоматично утримувати

а) постійну частоту
б) постійну потужність, що виділяється у заготівлі
в) максимально високий ККД.

Наприклад, при нагріванні магнітного матеріалу вище точки Кюрі товщина скін-шару різко збільшується, щільність струму падає, і заготівля починає грітися гірше. Також пропадають магнітні властивості матеріалу і припиняється процес перемагнічування - заготівля починає грітися гірше, опір навантаження стрибкоподібно зменшується - це може призвести до "рознесення" генератора та виходу його з ладу. Система управління відстежує перехід через точку Кюрі і автоматично підвищує частоту при стрибкоподібному зменшенні навантаження (або зменшує потужність).

Зауваження.

Індуктор по можливості необхідно розташовувати якомога ближче до заготівлі. Це не тільки збільшує густину електромагнітного поля поблизу заготовки (пропорційно квадрату відстані), але й збільшує коефіцієнт потужності Cos(φ).

Збільшення частоти різко зменшує коефіцієнт потужності (пропорційно до куба частоти).

При нагріванні магнітних матеріалів додаткове тепло також виділяється за рахунок перемагнічування, їхнє нагрівання до точки Кюрі йде набагато ефективніше.

При розрахунку індуктора необхідно враховувати індуктивність шин, що підводять до індуктора, яка може бути набагато більше індуктивності самого індуктора (якщо індуктор виконаний у вигляді одного витка невеликого діаметра або навіть частини витка - дуги).

Є два випадки резонансу в коливальних контурах: резонанс напруги та резонанс струмів.
Паралельний коливальний контур – резонанс струмів.
У цьому випадку на котушці та на конденсаторі напруга така сама, як у генератора. При резонансі опір контуру між точками розгалуження стає максимальним, а струм (I заг) через опір навантаження Rн буде мінімальним (струм всередині контуру I-1л і I-2с ​​більше ніж струм генератора).

В ідеальному випадку повний опірконтуру і нескінченності - схема не споживає струму від джерела. При зміні частоти генератора в будь-який бік від резонансної частоти повний опір контуру зменшується і лінійний струм (I заг) зростає.

Послідовний коливальний контур – резонанс напруги.

Головною рисоюпослідовного резонансного контуру є те, що його повний опір є мінімальним при резонансі. (ZL + ZC – мінімум). При налаштуванні частоти на величину, яка перевищує або лежить нижче резонансної частоти, повний опір зростає.
Висновок:
У паралельному контурі при резонансі струм через висновки контуру дорівнює 0 а напруга максимально.
У послідовному контурі навпаки - напруга прагне нулю, а струм максимальний.

Стаття взята з сайту http://dic.academic.ru/ і перероблена на більш зрозумілий для читача текст, компанією ТОВ «Проміндуктор».

Перш ніж говорити про принцип роботи індукційного нагріву слід взагалі з'ясувати, що це таке. - Це процес технологічної обробки металів під впливом високих температур. На виробництві індукційне нагрівання використовується для зварювання, плавки, паяння ТВЧ, загартування, кування, деформації та термообробки. Сучасні підприємстваз обробки металу використовують індукційне нагрівання, тому що він зміг залучити своїми перевагами,

серед яких хочеться відзначити високу швидкість роботи, хороші результати, енергетичну ефективність обладнання, а також автоматизований контроль за робочим процесом.
Принципи індукційного нагрівання виробничих процесівзастосовуються приблизно з 20-х років. У період Другої світової війни вчені намагалися якнайшвидше розвивати новітні технології, щоб використовувати їх у ситуації, що склалася. Саме під час війни виникла гостра необхідність у винаході надійного та швидкого процесу, що дає можливість отримувати міцніші металеві вироби.
В даний час вчені націлені на пошук технологій, що дозволяють виробляти всі необхідні технологічні процеси зі збереженням природних ресурсів та часу. Звичайно ж, підвищений контроль якості також вплинув на створення обладнання, здатного проводити швидку, економічну та якісну роботу. На сьогоднішній день індукційне нагрівання активно застосовується виробниками на металургійних підприємствах.

Як працює індукційне нагрівання

Змінний струм, що подається від генератора електричної енергії, впливає на первинну обмотку трансформатора, створюючи потужне електромагнітне поле. Застосовуючи на практиці закон Фарадея про вплив на вторинну обмотку, розміщену всередині магнітного поля, що утворилося, можна отримати електричну енергію.
Якщо розглядати стандартну конструкцію індукційного нагрівача , то видно, що змінний струм проходить через індуктор (який, як правило, виконаний у вигляді мідної котушки) і утворює теплову енергію в металевому виробі, розміщеному в індукторі. У даному випадкуіндуктор – це первинна обмотка трансформатора, а розміщена у ньому деталь – вторинна.
Електромагнітне поле, що проходить через металевий вирібстворює в ньому так звані струми Фуко. Токи Фуко мають протилежний напрямок електричному опору металу. Теплова енергія утворюється безпосередньо у металі без досягнення прямого контакту між металом та індуктором. Цей ефект прийнято називати «Ефектом Джоуля», оскільки він заснований на першому законі вченого.

Індукційне нагрівання - переваги

Вище ми вже говорили про те, що масштабне застосування індукційного нагріву почалося не просто так, і причиною стали переваги, якими володіє індукційне обладнання. Нижче ми докладніше розглянемо ці переваги.
Які ж переваги має обладнання індукційного нагріву, якщо порівнювати його з альтернативними способами обробки металу?

1. Висока продуктивність. Індукційне нагрівання дозволяє підвищити продуктивність підприємства завдяки швидкому запуску установок та нагріванню виробів за короткий проміжок часу. Нагрівання відбувається майже миттєво після запуску установки. Немає потреби попередньо нагрівати або охолоджувати обладнання.
2. Міцність конструкції. Теплова енергія, як було розглянуто вище, утворюється у металі, що дозволяє зберегти цілісність вироби. При використанні індукційного нагрівача у виробництві виходить мінімальна кількість шлюбу. Щоб отримати максимальний ефектвід обробки металу можна розміщувати метал у спеціальному вакуумному середовищі, захищаючи його тим самим від окиснення.
3. Висока енергетична ефективність. Індукційний нагрівач дозволяє заощаджувати електричну енергію, використовуючи лише її невелику кількість для утворення потужного електромагнітного поля. Усі очікування після запуску установки зведені до мінімуму, що також економить виробничі ресурси, і дозволяє отримати виріб з нижчою собівартістю.
4. Автоматизований робочий процес. Завдяки програмного забезпечення, встановлений в індукційну установку, весь робочий процес може контролюватись автоматично, що дає можливість отримання більш точних результатів обробки.
5. Чиста екологія. Індукційне нагрівання безпечне з екологічної точки зору. Під час роботи індукційної установки у повітря не виділяються жодні шкідливі речовини, а оскільки відкритого полум'яні, то немає і задимлення. Індукційний нагрівач має високий рівеньпожежної безпеки.

Індукційне нагрівання – це відмінний сучасний спосіб, що дозволяє проводити якісну та швидку обробку металу високими температурами.
Задати будь-яке питання, що стосується індукційного обладнання, ви можете на нашому форумі або, зателефонувавши одному зі фахівців компанії, всі телефони вказані в розділі «Контакти».

Нагрівальні пристрої, принцип дії яких ґрунтується на індукційному нагріванні, називаються індукційними нагрівачами. Застосовуються вони як у промисловості, і у побуті, причому у промисловості значення їх використання важко переоцінити.

Розглянемо ці пристрої докладніше.

Пристрій та принцип дії індукційного нагрівача

Спрощено індукційний нагрівачскладається з трьох складових елементів:

У котушку, що складається з певного числа витків провідника заданої площі перерізу, поміщають струмопровідний (металевий, графітовий) стрижень без безпосереднього контакту з нею, після чого контакти котушки з генератора змінного струмуподається напруга. Навколо витків котушки утворюється електромагнітне поле, під впливом якого в стрижні виникають вихрові струми Фуко, що розігрівають сердечник. Таким чином, теплопередача на сердечник відсутня, тепло виробляється їм самостійно під впливом струмів, що блукають у ньому, і може бути передано за допомогою теплоносія. Температура стрижня підвищується одночасно по всій масі, як від поверхневих шарів до центру, залежно від теплопровідності матеріалу сердечника. При цьому підвищення частоти змінного струму зменшує глибину індуктивного нагріву, але збільшує його інтенсивність. Особливої ​​увагизаслуговує на ту обставину, що котушка навколо сердечника під час роботи залишається практично холодною.

Наочно цей процес виглядає так:

Області застосування

У промисловості індукційні нагрівачі використовуються для виконання таких складних процесів:

У побуті індукційні нагрівальні пристрої поширені досить широко. Області їх застосування:

• побутові автономні системиопалення (для дачі, квартири, приватного будинку);
• індукційні варильні поверхніта плитки для кухні;
• печі тиглі малого об'єму для побутової плавки металу;
• ювелірні вироби.

Оскільки основна тема статті – індукційний обігрівач, докладно зупинимося на опалювальному котлі, в основу роботи якого закладена ідея індуктивного нагрівання теплоносія.

Індукційний обігрівач - опалювальний котел

З того часу, як власники житла стали встановлювати у своїх будинках автономні системи опалення, питання економічності нагрівальних котлів для них залишається одним із найважливіших. За цим показником, принаймні серед пристроїв, що виробляють тепло з електрики, індукційні котли опалення лідирують. При цьому їх потужність, не порівнянна з ідентичним параметром такого приладу, як плінтусний обігрівач, дозволяє застосовувати агрегати в якості основного способу опалення в приміщеннях великої площі.

Індукційні котли опалення складаються із двох контурів – первинного (електромагнітного) та вторинного (теплообмінна обв'язка). Перший контур, що складається з перетворювача напруги та теплогенератора з нагрівачем індукційного типустворює електромагнітне поле, вихрові струми і виробляє тепло. Другий контур, що включає теплообмінник із системою обв'язки, передає це тепло за допомогою циркуляції теплоносія на радіатори системи опалення. Як теплоносій використовується вода у чистому вигляді або з присадками.

Крім зазначених двох контурів, система опалення включає автоматику, яка відповідає за роботу окремих вузлів агрегату.

Сучасні індукційні опалювальні котли встановлюються тільки в теплообмінний контур закритого типу, що має в конструкції. розширювальний бачокмембранного типу та насос примусової циркуляції. Використання циркуляційного насоса є вимушеним заходом і зумовлене малим об'ємом теплоносія за високої інтенсивності нагрівання теплообмінника. Можливість природної циркуляціїу такій системі виключена – без насоса закипання води відбудеться раніше початку її руху трубами.

Важливо!Індукційний котел має бути обов'язково заземлений. Крім того, при монтажі системи опалення контур розведення теплоносія з метою безпеки необхідно монтувати із пластикових труб, або ізолювати нагрівальний агрегат від сталевого контуру вставкою фітингів із поліпропілену.

Класифікуються індукційні котли опалення ідентично іншим опалювальним електричним агрегатам– за потужністю, виконанням, параметрами споживаної електрики. Але ці пристрої мають ще класифікацію по конструктивному рішеннюелектричної частини.

Різновиди індукційних котлів

Існують такі різновиди нагрівальних котлів індукційного типу, що позначаються як за принципом дії, так і за маркою виробника:

• SAV – різновид та одночасно торгова маркакотлів нового покоління потужністю від 2,5 до 100 кВт, що з 2007 р. випускаються російською компанією ЗАТ НВК «ІНЕРА»;
• ВІН — абревіатура є не лише скороченням назви виду індукційних пристроїв (вихрові індукційні нагрівачі), а й запатентованою назвою котлів, які виготовляє іжевська компанія «Альтернативна енергія».

Індукційні обігрівачі SAV

Експлуатація агрегатів SAV не вимагають використання інвертора, на індуктор подається струм частотою 50 Гц. Індуковане первинною обмоткою електромагнітне поле викликає утворення вихрових потоків у вторинній обмотці, роль якої у котлах даного типувиконує ділянку замкнутого контурутруб із теплоносієм. Дана ділянка труби - вторинна обмотка інтенсивно нагрівається під впливом струмів Фуко і передає тепло теплоносія, що примусово циркулює в системі опалення за допомогою циркуляційного насоса.

Пристрій опалювальної системи виконується з використанням радіаторів або лабіринтовим способом, що нагадує плінтусове обігрів, щоб збільшити загальну площу зовнішньої поверхні (тепловіддачі) труб - контур опалення, як мінімум, не повинен бути мінімальним за протяжністю.

Котли SAV виробляються під напругу 220V і 380V. В якості теплоносія в них використовується вода (у чистому вигляді або з присадками, що протизамерзають), а також антифриз. Вихід агрегату на повну потужністьроботи займає близько 5-20 хвилин (залежно від обсягу теплоносія), ККД нагрівачів таких пристроїв становить щонайменше 98%. Для ефективного обігріву приміщення площею до 30 кв. Досить індукційного пристрою потужністю 2,5 кВт, купівля якого в комплекті з системами автоматики та управління обійдеться приблизно в 30 тис. руб.

ВІН-агрегати опалення

Котли даного типу більш досконалі за принципом дії та конструкції, що, природно, відбивається на їх вартості. Для роботи ВІН-пристроїв необхідний інвертор – пристрій для підвищення частоти вхідного струму. Струм високої частоти викликає утворення електромагнітного поля високої напруженості, яке, своєю чергою, зумовлює виникнення потужніших вихрових струмів у вторинній обмотці. Крім того, теплообмінник та корпус котла виготовляються із феромагнітних сплавів, що мають власне магнітне поле. Результатом всіх цих процесів є велика інтенсивність нагріву теплообмінника та, природно, теплоносія.

ВІН-агрегату потужністю 3 КВт достатньо для опалення приміщення площею 35-40 м кв. (залежно від кліматичних умовта якості теплоізоляції зовнішніх будівельних конструкцій).

ВІН-агрегати внаслідок більшої продуктивності можуть використовуватися не тільки в системах опалення житла, а й для гарячого водопостачання. Для цього контур теплоносія врізають додаткові накопичувальні резервуари, обладнані захисною автоматикою, ємність яких розраховується в залежності від кількості точок гарячого водозабору. Гарячою водоюці ємності забезпечуються шляхом її циркуляції у системі з прямоточним нагріванням індукційним обігрівачем.

Оцінка маркетингових характеристик-затверджень

Індукційним котлам опалення приписують безліч переваг, часто без аргументів. Перерахуємо ці показники і дамо оцінку ступеня відповідності тверджень факту:

Економічність

Твердження

Споживання електроенергії індукційними казанами на 20-30% менше, ніж іншими обігрівачами на електриці.

факт

Всі нагрівальні електроприлади, що не виконують механічної роботи, 100% енергії електричного струму перетворюють на тепло, їх ККД завжди нижче 100%, але відрізняється за величиною у різних пристроївв різних умовах. Для вироблення 1 кВт теплової енергії необхідно витратити більше 1 кВт електрики, а ось наскільки більше - залежить від параметрів середовища розсіювання. Всередині котла втрати, звичайно, теж присутні – наприклад, на нагрівання котушки, тому що будь-який матеріал провідника має опір, але всі ці втрати залишаються всередині приміщення

Важливо!Лічильники старого зразка (бакелітові) зафіксують меншу (в 1,6 – 1,8 рази) витрату електроенергії, ніж сучасні електронні, оскільки вони не розраховані на облік реактивної потужностііндукційних казанів.

Можливо, цим фактом і зумовлено твердження про економічність індукційних казанів.

Довговічність

Твердження

Висока надійність та великий ресурс обладнання – понад 25 років.

факт

Справді, відсутність рухомих деталей виключає механічне зношування індукційних котлів. Але до системи опалення з ВІН-агрегатом входить циркуляційний насос, ресурс якого набагато скромніший. Крім того, в систему управління та автоматики входять механізми, що також складаються з багатьох комплектуючих, схильних до зносу.

Сердечник індукційного нагрівача функціонує в умовах постійного циклічного нагріву та охолодження, температурних деформацій, які також є негативним фактором. Тому називати ресурс індукційних котлів чи не безмежним – перебільшення. Однак він і справді в рази вищий за ТЕНові нагрівачі.

Незмінність показників за весь термін експлуатації

Твердження

Відсутність процесу утворення накипу на внутрішньої поверхнітруб зумовлює постійну ефективність нагрівача та теплообмінника.

факт

Накип - це відкладення солей, що містяться у воді (теплоносії). Кількість цих домішок в обмеженому обсязі теплоносія також обмежена і невелика, тому вплив накипу на ефективність обігрівача незначний. А в індукційному котлі вторинна обмотка знаходиться під майже постійним впливом вібрації, і утворення накипу взагалі не відбувається. Тож твердження вірне, перебільшено лише його значимість.

Безшумність

Твердження

Робота індукційних опалювальних котлів безшумна, що відрізняє їх від інших електричних обігрівачів.

факт

Твердження справедливе, але всі бойлери на електроенергії не шумлять при роботі, тому що в діапазон їх коливань акустичні хвилі не входять. Шуміти може лише циркуляційний насос, але за бажання можна підібрати модель безшумної дії.

Компактність

Твердження

Індукційні котли є компактними, що зручно при виборі місця їх встановлення.

факт

Це дійсно так, якщо не застосовувати каскаду індукційних котлів і не встановлювати проміжних резервуарів за наявності кількох точок гарячого водозабору в системі гарячого водопостачання, оскільки індукційний нагрівач – це невеликий шматок труби з обмоткою.

Безпека

Твердження

Безпека пристрою є абсолютною.

факт

Абсолютно безпечних електронагрівачів немає. При експлуатації індукційних пристроїв не виключена можливість витоку теплоносія із системи, а генератор електромагнітного поля продовжить свою роботу, і система порожніх труб нагріватиметься. Для запобігання виникненню такої ситуації в конструкції котла передбачено пристрій автоматичного відключенняАле ж і воно може вийти з ладу.

Тому індукційні обігрівачі, виграючи у суперників за деякими критеріями безпеки, цілком безпечними не є.

Недоліки індукційних нагрівачів

• Висока вартість пристроїв.
• Значна вага при компактності.
• Наявність фактора впливу електромагнітного поля на організм та прилади.

Останній пункт розглянемо докладніше.

Електромагнітне поле впливає на живі організми приблизно так, як на продукти мікрохвильової печі – прогріває їх на певну глибину, і це може мати наслідки. Інтенсивність впливу поля, в тому числі на людину, визначається таким його показником, як щільність потоку енергії (ППЕ), що зростає зі збільшенням частоти струму, що подається на первинну обмотку. При експлуатації індукційних обігрівачівнеобхідно дотримуватись санітарної норми граничного значення ППЕ, яка встановлена ​​в СанПіН 2.2.4/2.1.8.055-96, залежить від тривалості впливу поля і становить, наприклад, для 8-годинного впливу – 25 мкВт/кв.см, одногодинного – 200 мкВт / кв.см.

Крім того, випромінювання індуктора негативно впливає на електроніку та радіоапаратуру, розташовану поблизу, створюючи перешкоди під час роботи.

Важливо!Щоб захиститися від впливу електромагнітного поля, можна обнести дрібнокомірний котел (1х1, 2х2 мм) металевою сіткою (клітиною Фарадея), що не контактує з корпусом котла і заземленою.

Правила експлуатації

Безпечна експлуатація індукційних котлів опалення, як і будь-яких інших технічних пристроївзабезпечується виконанням ряду правил, що стосуються як їх монтажу, так і використання після встановлення:

• Заземлення котла є обов'язковим.
• Відстань від пристрою до стін з боків має бути не менше 30 см, від нижньої точки котла до підлоги – 80 см, від верхньої точки до стелі – 80 см.
• Індукційні котли встановлюються лише в закритий контурз розширювальним бакоммембранного типу
• Система повинна включати блок пристроїв забезпечення безпеки (манометр, повітряний клапан, клапан скидання надлишкового тиску, система автоматичного відключення під час перегріву).

Огляд відомих виробників

Висновок

Сучасний ринок котлів для монтажу систем автономного опаленняпредставлений сотнями моделей агрегатів різних видів. Об'єктивність критерію ціна/якість кожного різновиду по-різному. Вибір на користь індукційних нагрівальних пристроїв у плані ризику подальшого розчарування купівлі найбільш розумний.

Індукційний водонагрівач - новий альтернативний спосібобігріву житлових приміщень. У його основну функцію закладено принцип розумного використання індукційної енергії. Він екологічний, абсолютно нешкідливий, безпечний, не дає кіптяви, для нього не треба заготовляти вугілля та дрова. Індукційний тепловий генератор успішно застосовують для нагрівання води в системі індивідуального опалення. Крім того, що такий котел заводського виготовлення можна придбати в торгової мережійого ще можна зробити своїми руками. Що згодом дасть суттєву економію сімейного бюджету.

• 1 Принцип індукційного нагрівання
• 2 Конструкційні особливості та робота теплового генератора
  • 2.1 Принцип роботи системи
• 3 Самостійне виготовлення конструкції індукційного нагрівача
• 4 Основні технологічні етапиробіт
• 5 Висновок

Принцип індукційного нагрівання

Робота індукційного нагрівача грунтується на енергії електромагнітного поля, яку забирає він теплоносій, перетворюючи їх у тепло. Генерує магнітне поле в цьому нагрівачі індуктор, який представлений циліндричною багатовитковою котушкою. Проходячи через цю котушку, змінний електричний струмбіля неї створює змінне магнітне поле.

Лінії цього електричного полярозташовуються перпендикулярно напрямку магнітного потоку, і під час руху утворюють замкнене коло. Вихрові потоки, що утворюються від змінного струму, трансформують електричну енергію на тепло. Внаслідок цього, електроенергія індуктора безконтактно передається об'єкту, що нагрівається.

Теплова енергія при індукційному нагріванні витрачається дуже ефективно навіть за невеликих швидкостей нагріву. Тому, індукційний водонагрівач, зроблений своїми руками, здійснює нагрівання води за невеликий проміжок часу до значно високих температурних показників.

Конструкційні особливості та робота теплового генератора

Для організації індивідуального опалення як індукційний нагрівач цієї системи можна використовувати трансформатор, що складається з двох обмоток:

1. Первинною.
2. Вторинне короткозамкнене.

Вихрові потоки тут утворюються у внутрішній складовій. Вони направляють електричне поле, що утворюється, на вторинний контур. Саме він виконує одночасну роль корпусу та елемента нагріву для теплоносія. Зі зростанням щільності вихрових струмів, які орієнтовані на сердечник, спочатку починає грітися вся його поверхня, а потім весь елемент.

Для підведення холодної водита виходу нагрітого теплоносія індукційні котли забезпечуються двома патрубками.

Для тих, хто хоче зробити своїми руками таке обладнання, потрібно передбачити, що:

• Нижній патрубок монтується на вступну магістральну ділянку;
• Верхній – на ділянку трубопроводу, що подає.

Принцип роботи системи

Тепло, що генерується котлом, передається теплоносія, що циркулює в системі опалення. За рахунок гідростатичного тиску, нагріта вода безпосередньо через патрубок, що подає, надходить у загальну опалювальну системуі постійно приділяється за рахунок нагнітання в неї теплоносія. Тому можливість перегріву обладнання тут повністю виключено.

Постійна вібрація під час роботи індукційної системи не дає можливості утворення накипу та її жорстких відкладень на внутрішні стінки трубопроводу. Індукційні нагрівачі не мають стандартних електричних нагрівальних елементівТому ймовірність дорогих поломок в них зводиться до нуля. Крім цього, тут відсутні роз'ємні з'єднання, які можуть загрожувати незапланованим неприємним протіканням. Позитивною особливістюцього котла є відсутність шуму під час роботи, що дозволяє встановлювати його у будь-яких житлових приміщеннях.

Самостійне виготовлення конструкції індукційного нагрівача

Виготовити індукційний водонагрівач самостійно не складно. З цим завданням може успішно впоратися навіть порівняно майстер-початківець. Для цієї роботи спочатку необхідно мати:

• Недорогий високочастотний інвертор від зварювального апаратущоб не морочитися виготовленням самостійно такого складного агрегату;
• Товстостінний шматок пластикової труби, який стане корпусом нагрівача;
• Сталевий нержавіючий дріт або катанку не більше 7мм у діаметрі, яка є основою для нагрівається в електричному полі;
• Перехідники для приєднання основного корпусу водонагрівача до системи індивідуального опалення;
• Металеву сітку, яка має утримувати всередині корпусу сталеві шматочки дроту;
• Мідний емальований дріт для створення індукційної котушки;
• Шматочки для порізки катанки або нержавіючої сталі;
• Насос для примусової подачі води.

Основні технологічні етапи робіт

Облаштовуючи систему індукційного водонагріву необхідно знати та дотримуватися основних правил:

1. Зварювальний струм високочастотного інвертора для обігрівача має відповідати його потужності. Оптимальна величина його варіюється від 15 ампер або вище, якщо це потрібно.
2. Для нагрівальних матеріалів у високочастотному полі потрібно використовувати п'ятисантиметрові відрізки сталевого катаного або нержавіючого дроту. Для цього підготовлений дріт необхідно нарізати кусачками, дотримуючись цих розмірів.
3. Корпус індукційного нагрівача повинен бути зроблений з пластикової товстостінної труби, внутрішній діаметр якої повинен бути не менше 5 сантиметрів аналогічно довжині порізаного дроту.
4. До одного боку цієї пластикової труби кріпиться перехідник, який має з'єднати цю конструкцію із системою опалення.
5. На дно пластикової труби своїми руками укладається металева сітка, яка запобігає провалюванню катанки.
6. Всередину труби із пластику щільно засипаються нарізані шматки металевого дроту так, щоб там був вільний простір.
7. Другий кінець труби оснащується ще одним перехідним елементом.
8. Для виготовлення індукційної котушки цю пластикову трубуобмотують заготовленим мідним емальованим дротом. Кількість витків в обмотці має бути мінімальною 80, а максимальною 90.
9. Потім приєднується апарат до індивідуальної опалювальної системи, заливається вода, до виготовленої обмотки підключається інвертор.
10. Для примусової циркуляції теплоносія в систему опалення вбудовується насос.
11. Щоб забезпечити регулювання температури води в автоматичному режимі, у розриві основної лінії живлення індукційного інверторапідключається терморегулятор.

Висновок

Індукційні нагрівачі обладнується в закриту системуіндивідуального опалення, що облаштовується пластиковим трубопроводом. Після вивідного патрубка для безпеки бажано змонтувати групу елементів, що представлена:

• Манометр;
• Підривний клапан;
• Пристрій автоматичного відведення повітря.

Спочатку індукційний водонагрівач може виявитися складним та трудомістким у виготовленні своїми руками. Однак потім він принесе лише користь сімейному бюджету, значно знижуючи витрати на дорогу електроенергію. Тому що завдяки конструкційним особливостямцього пристрою він нагріває теплоносій набагато швидше, ніж при рівнозначному витраті електроенергії для роботи електронагрівальних приладів.

Сьогодні деякі умільці роблять індукційний нагрівач із електромагнітного трансформатора, який ґрунтується на двох потужних транзисторах. Індукційне нагрівання у ньому здійснюється впливом на метал струмів Фуко.

При роботі цього обладнання не виділяється шкідливих продуктіврозпаду або згоряння палива, що сприятливо позначається на стані навколишньої атмосфери. Правильне облаштуваннясистеми опалення з індукційним водонагрівачем для будь-якої родини є безперечним економним варіантом з 25-річною бездоганною роботою.